CN1243945A - 浸染染色自动加药暨酸碱值控制系统 - Google Patents

Abstract

一种浸染染色自动加药暨pH控制系统包含一pH感测棒、温度感测棒、控制器、加药泵、排水阀、加药缸、连续式液位计等,其中,控制器内设计若干组加药曲线,以可依加药及pH需求,输入加药时间或预设定的pH值后,由控制器控制及驱动相关的加药泵等加药组件动作,将染液加至染机中,并由连续式液位计等分别回授加药缸内的液量及染机内染液的pH值及温度,令控制器可自动追踪及监测染液的pH值及加药状态,而构成一可自动控制加药量及pH值的系统。

Description

浸染染色自动加药暨酸碱值控制系统

本发明系有关于一种浸染染色自动加药暨pH控制系统，尤指一种应用于染机染液加药及pH值控制的染色工程机构，及兼具可以以程式控制器自动控制及追踪、监测染液添加及其pH值控制系统。

衣物为供人体外部穿着遮蔽的物品，自从人类于原始时代以树叶、兽皮蔽体，而后随著人类科学逐渐昌明人类所应用的织物，亦由原先的天然纤维演变成各式各样之自动化制成的成衣及人造纤维织物，然而，在这些自动化制成的成衣及人造纤维织物中，染色(dye)工程是相当重要之一环，因染色工程是使织物永久改变颜色的一种方法，对于织物的外观、色泽有著相当深远之影响，故对纺织业界而言，实为相当重要的制程。

这样，以一般染色制程中，染色的三个基本要素为染料、被染物纤维及媒体，媒体通常为水，故直接对被染织物产生影响的，当为染料。然而，染料通常是以染色方法来区分种类，例如：以酸性染料来染羊毛、蚕丝及聚酰胺纤维，其中，则以盐基性染料会产生带有正电的有颜色分子团，为所有酸性染料中颜色色泽较为鲜艳者，另外，诸如染PET布时，亦在此种酸性的染料之条件下进行；此外，碱性染料，如泰尔紫染料和蓝靛染料，由于不溶于水，需以硷性溶液为其媒体，例如：硫化染料，由于以硫之化合物所制成，故亦不溶于水，而需以硷性染料为媒体，而硷性染料所应用于织物的染色场合，通常可见于如染棉布的染色场合中。故由此可见，染料的pH值(酸硷值)控制对于被染织物而言，实为相当重要的因素。

然而，一般纺织行业在染色过程中，染液pH值对染色成品的品质有关键性的影响，例如：反应性染料在上色过程中染料分子与纤维分子之反应速率与pH值的增加率成正比，为了控制反应初期pH值不能太高，就必须对加药量加以管制，又传统的加药方式几乎全部由人工来完成，故需要具经验及精此技能者方得为之，较为耗时且较为耗费人力，故此种方式不但不具效率且不精确，可以说是没有提高织物染色品质之能力，对于该织物产品品质，则将呈现良莠不齐的现象，而使该染色织物产品的品质一直无法有效提升，实乃目前纺织行业于染色工程上之一大隐忧。

本发明的目的为克服以上不足而提供一种具有内部规划有若干加药控制曲线的控制器，通过输入加药时间或预设的pH值后控制器可自动控制及追踪、监测染液添加及其pH值控制的浸染染色自动加药暨pH控制系统。

为了实现上述目的，一种浸染染色自动加药暨pH控制系统，系包含：

一pH感测器及温度感测器，系设于染机内部，以分别感测染机内的染液pH值及温度；

一控制器，为加药控制的中枢，内含pH控制模式及计量控制模式等两种控制模式，在加药动作执行前、后，作自动搅拌、溶解、清洗药缸等动作，并接受来自染机内pH感测器及温度感测器所回授的染液pH及温度感测信息，并具有pH控制曲线及加药曲线，供选择设定；

一加药缸，用以储存染机所需的染液；

一连续式液位计，系设于加药缸内，以回授加药缸内的液位(即加药量)予控制器；

一加药泵，系以离心式泵构成，连结至加药缸的出口，受控制器驱动，为加药缸染液输出的辅助加压设备；

一搅拌阀，设于加药缸及加药泵输出管路端间，受控制器驱动以搅拌来自加药缸内流出的染液；

一排水阀，设于加药缸底部，手动驱动以利清洗加药后的排水；

一加药阀，设于该加药泵及染机间的管路，受控制器驱动，为主要的加药控制驱动元件，而将来自加药泵的之染液，加入染机中；

其中，借控制器操作，输入相关的加药时间、pH值及加药曲线，由控制器依pH控制模式及计量加药模式，予以分别驱动由加药泵、搅拌阀及加药阀等组件构成的加药装置，以适当控制加药阀的开启动作，自动对染机执行加药动作，并由pH感测器、温度感测器及连续液位计，分别感测染机内染液的pH值、温度及加药缸内之液位，予以调整该加药阀的开启时间比例，以令染机内的染液加药量及pH值达到预设目标值。

如以上所述的浸染染色自动加药暨pH控制系统，其中，在执行pH控制模式时，该染机的操作温度及压力分别为摄氏100℃及1kg/cm²，在执行计量加药模式时，则染机温度不受限制。

如以上所述的浸染染色自动加药暨pH控制系统，其中，该控制器，系可为工业电脑构成，保留网路及中央监控的控制功能。

如以上所述的浸染染色自动加药暨pH控制系统，其中，该控制器中的pH值控制模式及计量控制模式，只可各别单独执行。

本发明的改进在于由一内部规划有若干加药控制曲线的控制器，供使用者选用，并由使用者输入加药时间或预设的pH值后，由控制器分别依计量控制模式及pH控制模式，依序驱动控制周边的加药泵、搅拌阀及加药阀等相关加药控制组件动作，适当地将加药缸内的染液依适当之系统剂量加入染机中，并由设于染机内的pH感测棒、温度感测棒，以及设于加药缸内的连续式液位计，分别回授该染机内染液的pH值及加药缸对染机的加药量，以期使控制器更能随时追踪、监测染机内的加药状态及pH值，构成一闭回路(dosed loop)的加药控制架构，而令该控制器更能精确地控制该加药缸内的助剂溶液加入染机中之剂量及染液pH值，使达到本发明以完全自动化精确控制染色制程中，该助剂溶液添加及染液pH值，以提高织物染色品质的目的，并进而提升纺织商品的商业竞争能力及品质。

为进一步了解本发明的具体技术特征及发明内函，以下兹举一较佳的实施例及实验结果，并佐附以相关附图，

图1系为本发明的系统架构图；

图2系为本发明中控制器的加药控制流程困；

图3系本发明中的叫控制模式之方块流程图；

图4系本发明中的pH曲线设定曲线；

图5系本发明中的计量控制模式之方块流程图；

图6系本发明中的计量控制模式之加药曲线图；

图7系本发明中pH控制模式时间响应曲线图；

图8系本发明中计量控制模式时间响应曲线图；

首先请参阅图1所示，本发明的浸染染色自动加药暨pH控制系统，系包含一染机1，系为浸染式常温常压型染机构成，其绝对压力在1kg/cm²下，其操作温度为摄氏100℃，机台种类则无特殊限制，可染纱亦可染布；一pH感测棒2及温度感测棒3则设于该染机1内，该pH感测棒2可量取染机1内染液的pH值，为最高耐温摄氏135℃温度的玻璃电极构成；温度感测棒3则感测染液的度。

另一染液循环泵4，系为离心式泵所构成，以循环染机1内的染液流动；一控制器5系为本发明的控制中枢，可为工业电脑的型态构成，并保留网路及中央监控的扩充功能，可使织物自动染色加工制程中，各相关控制单元间的信号、资料处理、周边设备之连结与扩充，而使该控制器5的操作可更具弹性，井藉由选择操作，而有手动操作及自动操作两种操作方式选择，在加药动作执行前、后，可作自动搅拌、溶解、清洗药缸及排放等功能，且自动操作方面则内含有计量控制模式及pH控制模式等两种加药控制模式，该两种模式中，只可择一模式单独

进行，完全依操作者的输入信息而定，其控制功能及特性则可参照下列表1

                                  表1

项目	主要功能	次功能及属性	说明	特性
					一	pH控制模式	使用者设定	线性或准线性曲线(图4)	选择范围广
	加酸或加碱	适合多种染程
			*	*			最短加药时间	0.1秒	灵敏度高
*	*	最少加药量			20c.c/次	精度高
			*	*			非连续性控制	加药时机视误差值自动调整	可控性最高
*	*	控制精度			误差百分比低于0.1	稳定性高
			*	*			工作温度	20-100℃	硬体自动补偿
*	*	警示功能			温度警告设定	保护ph感测器
			二	计量控制模式			提供加药曲线	6～8条实用曲线(第六图)	简化操作步骤
最小加药分割	0.2％以下	精度极高
					*	*	使用者设定	阶段加药(非一次加完)	操作弹性大
*	*	适用机种及药剂	无特殊限制	应用范围广
					*	*	警示功能	控制元件自动侦检	保护系统

其中，无论在pH控制模式或计量控制模式等两种控制模式下，皆分别提供有pH控制曲线及加药曲线供使用者选用；以及一加药泵6系以离心式泵，出力为1马力，0.5～3.0kg/cm²加压压力，系主要的染机1加药动力源；另一排水阀7系为手动操作球阀构成，设于加药缸8底部，供清洗加药缸8之用，该加药缸8容量系200公升之：sus 306不锈钢材构成；以及一连续式液位计9，系可量度0～80公分液高范围内的液位，分割精度±0.2％，系置于加药缸8内以感测其染液液高，以及一搅拌阀10，系由蝶阀所构成，系设于加药缸8及加药泵6输出管路间，藉以搅拌来自加药缸8内流出的染液；一加药阀11以栓塞阀构成，并且设于该加药泵6及染机1间的管路，为主要的加药控制驱动元件，而将来自加药泵6的染液，加入染机1中。

上述的搅拌阀10及加药阀11等元件，皆为电磁驱动的阀元件(如电磁阀型式)所构成，以受控制器5的驱动控制，另加药泵6亦受该控制器5的驱动控制。

此外，在控制状态回授(FEED BACK)方面，该PH感测棒2、温度感测棒3及连续式液位计9则分别将染机1内的染液pH值及温度，以及该加药缸8内的液面高度等感测信息分别回授至控制器5中，作为自动加药及染液pH值之控制参考，如是而构成本发明的闭回路自动加药及染液pH值控系统的整体架构。

请再配合图2所示，如图1所述本发明的浸染染色自动加药暨pH控制系统的整体架构，其中，该控制器5于自动操作状态下，包含pH控制模式及计量控制模式，其主要系统的控制流程，将如图2所示，其中，由控制器5的主系统(如主控制程式)，依pH控制模式及计量控制模式等两种控制模式，进行对染机1的染液自动加药及pH值控制。

由pH控制模式下所进行的控制流程，则是先借由操作者所输入的预设pH值，进行染液pH值追踪监控；另计量操作控制模式，则依操作者所输入的加药时间，选择加药曲线，井执行加药量分割，依序驱动由加药泵6、搅拌阀10及加药阀11所构成的加药装置，予以将加药缸8中的染液适当地加入染机1中，再由设于染机1中的pH感测棒2及温度感测棒3执行pH值回馈之控制流程，并再行回到pH控制模式的流程下，进行回圈(loop)循环流程；或以设于加药缸8内之连续式液位计9执行加药量回馈的流程，并再回到计量控制模式的流程下，同样地，进行回圈循环流程，如是而构成本发明浸染染色自动加药暨pH控制系统的系统控制流程。

请参阅图3～图8所示，在本发明中有关于控制器5针对浸染染色加药的pH控制模式及计量控制模式两者之控制及加药动作原理方面，则如图3～图6所示，其两者的时间响应曲线图，则分别为图7及图8所示，其中，pH控制模式原理，如图3所示，pH in为pH输入值，即pH值设定后，经计算pH瞬间值处理后所得的结果，亦即由操作者依据不同的染色制程需要，选择加酸或加碱等操作模式，在自定之加药时间内，设定所需的pH值曲线，通常染液pH值的范围一般皆以线性曲线为主，诸如图4所示之各曲线，在各曲线中，每个控制时间内，如第10～20秒内，视染机1pH值平衡时间而定，其间之差异仅为斜率之大小，第1号曲线的斜率为最大，可控性最佳；反之，第3号曲线为最不可控，但却最适合管制一次吸尽率高的反应性染程场合中使用。

另外，pHc则表如加指令，Gp则表比例增益，pHe则表pH值误差量，pHout则表染液实际pH值，在于该pH输入值pH in输入后，将先透过pH感测器2将染机1内染液的实际pH值pHout回授至控制器5内设置与目标pH值作作比较，并产生pH值误差量pHe并再乘上比例增益Gp后，即得到加药指令pHc(即驱动讯号)，以驱动相关的加药装置，如：加药阀11之开启，而执行加药的动作，换言之，在该pH值误差量pHe为负时，即以pH输入值pHin减去实际pH值pHout，结果为负值，加药阀11并不动作，只有在于实际PH值pHout小于pH输入值pHin时，该加药阀11方会成正比例开启，故该比例增益Gp可视系统设定的循环时间而定，依每个染机1的特性不同，而约在10～100之间，而使染液的实际pH值pHout可在于pH设定目标值上、下限内移动，达到本发明精确控制加药染液pH值之目的。

另外在图5所示，即为本发明中计量控制模式的原理，其中，Qin表加药输入量，Qc表加药指令，Gp为比例增益，Qe加药误差量，Qout表实际加药量，在由操作者输入加药曲线及加药时间后，经加药量计算处理步骤后，产生该加药输入量Qin，即控制器5会自动将药缸8内的液位在输入时间内分割成若干等分，取样时间可设定为3～5个时间单位，其范例可见于图6所示的加药曲线，本发明为方便操作者的使用，故经多次反复实验后，筛选出若干条不同染程的加药曲线，该加药曲线族中，乃由线性及奇数曲线造成的PH变化缓和，故较具实用效果，其中，#0曲线为线性曲线，#1、#3、#5、#7等曲线为函数渐增曲线(每点斜率皆不同)，以及#2、#4、#6等曲线为函数渐减曲线。

因此，在上述#0～#7等这些曲线中，加药曲线曲率越大，取样时间越长，精密度越差；反之，加药时间越长，则精密度越高，分割精度可表示为：最小加药量＝加药缸总液量/(加药时间(分)×60秒/取样时间)，故借由此一原理的说明，则可明显得知，#7曲线使得染液pH值产生一近似线性变化之行为，染色效果较佳，故为本发明中染色制程中最佳采取的加药控制实施模式。

相同地，在上述的加药输入量Qin产生后，由连续式液位计9将药缸8内的实际加药量Qout回授至控制器5，由控制器5将该两者(即加药输入量Qin与实际加药量Qout)作一比较，产生加药误差量Qe，再乘上比例增益Gp，产生加药指令Qc(即驱动信号)，再予驱动相关的加药装置，诸如前述的加药阀11，故加药阀11的动作方式与前述的pH控制模式相同，且其比例增益Gp亦与pH控制模式相同，即比例增益Gp值愈大，加药阀11的开启时间愈长，故亦可达到精确控制本发明加药计量控制值的目的。

故由以上本发明浸染染色自动加药暨pH控制系统的整体装置结构、动作、控制原理的详细说明下，当可将本发明的优点、特色及产业利用价值归纳如下：

<一>高性能及精确的闭回路加药精密控制系统。

<二>操作简单，由传统加药系统变更、改装方便简捷-本发明的系统整体，若由以往旧(传统)染机变更及改装，则仅需在管路及控制线路上作适当的添增及改装，即可达到与本发明相同的加药效果，故对拥有传统染机设备的企业，并不需弃置原有的旧设备，可大幅节省其设备更新的费用及成本。

<三>扩充性佳，且增加染机间的相容性及可控制性-在本发明中，新添购的染机1系统，可与原来使用本发明控制方式的染机1的控制系统及周边设备相连结，例如：控制器5对控制器5间之连线，而使整体控制流程的执行，会更精准无误及容易，而益增本发明的操作效益及系统相容性。

(四)提高染机自动化能力，改善产品品质。

<五>制程标准化，减少人为误差。

<六>节省人力，提高效率。

<七>减少药剂及染料用量，降低成本。

<八>提升难染性染料及布种的染色均染性。

综上所述，本发明中的浸染染色自动加药暨pH控制系统的整体系统及架构，在于织物染色制程及染机操作、控制上，均可达预期之目的与功效，且于纺织业界的产品染色及裂作过程中，可完全达到全自动化实施的目标，藉以精确地帮助纺织业于织物染色制程，降低生产人力及工时，进而提升其产品制程的品质，而提高商品竞争力。

Claims (8)

1.一种浸染染色自动加药暨pH控制系统，其特征在于，系包含：

一pH感测器及温度感测器，系设于染机内部，以分别感测染机内的染液pH值及温度；

一控制器，为加药控制的中枢，内含pH控制模式及计量控制模式等两种控制模式，在加药动作执行前、后，作自动搅拌、溶解、清洗药缸等动作，并接受来自染机内pH感测器及温度感测器所回授的染液pH及温度感测信息，并具有pH控制曲线及加药曲线，供选择设定；

一加药缸，用以储存染机所需的染液；

一连续式液位计，系设于加药缸内，以回授加药缸内的液位(即加药量)予控制器；

一加药泵，系以离心式泵构成，连结至加药缸的出口，受控制器驱动，为加药缸染液输出的辅助加压设备；

一搅拌阀，设于加药缸及加药泵输出管路端间，受控制器驱动以搅拌来自加药缸内流出的染液；

一排水阀，设于加药缸底部，手动驱动以利清洗加药后的排水；

一加药阀，设于该加药泵及染机间的管路，受控制器驱动，为主要的加药控制驱动元件，而将来自加药泵的之染液，加入染机中；

其中，借控制器操作，输入相关的加药时间、pH值及加药曲线，由控制器依pH控制模式及计量加药模式，予以分别驱动由加药泵、搅拌阀及加药阀等组件构成的加药装置，以适当控制加药阀的开启动作，自动对染机执行加药动作，并由pH感测器、温度感测器及连续液位计，分别感测染机内染液的pH值、温度及加药缸内之液位，予以调整该加药阀的开启时间比例，以令染机内的染液加药量及pH值达到预设目标值。

2.根据权利要求1所述的浸染染色自动加药暨pH控制系统，其特征在于，在执行pH控制模式时，该染机的操作温度及压力分别为摄氏100℃及1kg/cm²，在执行计量加药模式时，则染机温度不受限制。

3.根据权利要求1所述的浸染染色自动加药暨pH控制系统，其特征在于，该控制器，系可为工业电脑构成，保留网路及中央监控的控制功能。

4.根据权利要求1所述的浸染染色自动加药暨pH控制系统，其特征在于，该控制器中的pH值控制模式及计量控制模式，只可各别单独执行。

5.根据权利要求4所述的浸染染色自动加药暨pH控制系统，其特征在于，该控制器中的pH值控制模式，该pH设定曲线的斜率愈大者，可控性愈佳，既可加酸，亦可加碱。

6.根据权利要求4所述的浸染染色自动加药暨pH控制系统，其特征在于，该控制器中的计量控制模式，该加药曲线，加药时间越长，精密度愈佳。

7.根据权利要求6所述的浸染染色自动加药暨pH控制系统，其特征在于，该控制器中的计量控制模式，该加药量分精密度割为最小加药量＝加药缸总液量/(加药时间(分)×60秒/取样时间)。

8.根据权利要求1所述的浸染染色自动加药暨pH控制系统，其特征在于，该搅拌阀及加药阀系为电磁阀型态构成，排水阀则为手动型态。

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